Sicherheitskupplungen für Highspeed

Kupplungen
Sicherheitskupplungen für Highspeed-Anwendungen
Eine hohe Leistungsdichte, schnelle Messwerterfassung oder mehr Energieeinsparpotenzial – die Anforderungen an moderne Prüfstände steigen permanent. Mit den immer komplexer werdenden Konzepten
wachsen auch die Leistungsanforderungen an die Sicherheitskupplungen, die teure Prüflinge und sensible Messeinheiten vor Überlastschäden schützen (Bild 1). Mit den Baureihen EAS-HSC und EAS-HSE
hat mayr Antriebstechnik daher Highspeed-Kupplungen entwickelt, die speziell auf die Bedürfnisse der
Prüfstandstechnik zugeschnitten sind und auch bei sehr hohen Drehzahlen zuverlässig arbeiten.
Hohe Wuchtgüte für optimale
Laufruhe
Bild 1
Sicherheitskupplungen wie die EAS-HSC
schützen nicht nur Messeinheiten, sondern
auch die häufig teuren Prüflinge zuverlässig
vor Überlastschäden.
Intensive Forschung und Entwicklung sowie die Erfüllung höchster Qualitätsansprüche sind heute unerlässliche Voraussetzungen in der modernen
Produktion, zum Beispiel bei der Herstellung von verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangs. Dabei gewinnen Bauteil- und Funktionsprüfstände, mit denen sich die ganze Bandbreite von Beanspruchungen für den
Antriebsstrang und seine Komponenten praxisnah simulieren lässt, zunehmend an Bedeutung. Sie liefern schnell
exakte Daten, bevor aufwendige Praxistests durchgeführt werden müssen und
Autor
Simone Dauer
Kontakt:
Chr. Mayr GmbH + Co .KG
Eichenstraße 1
87665 Mauerstetten
www.mayr.com
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helfen so Kosten einzusparen sowie
Entwicklungszeiten zu verkürzen. Dabei steigen die Anforderungen an die
Leistungsprüfstände permanent: Die
Verbesserung von Leistung und Wirkungsgrad, eine schnellere Messwerterfassung und -auswertung sowie die
Einsparung von Energieressourcen
und die Reduzierung von Umweltbelastungen stehen dabei im Fokus. Mit
den immer komplexer werdenden
Konzepten wachsen gleichzeitig auch
die Ansprüche an die einzelnen Komponenten. In vielen Prüfstands-Anwendungen kommen drehmomentbegrenzende
Sicherheitskupplungen
zum Einsatz, die nicht nur die häufig
teuren Prüflinge, sondern auch die
sensiblen Messeinheiten vor Überlastschäden schützen. Diese Sicherheitskupplungen müssen den extremen Anforderungen der Prüfstandstechnik gerecht werden und auch bei sehr hohen
Drehzahlen zuverlässig arbeiten. Mit
den spielfreien und drehsteifen EASHSC- und EAS-HSE-Sicherheitskupplungen bietet mayr Antriebstechnik
deshalb Überlastschutz, der speziell auf
die Bedürfnisse in Highspeed-Anwendungen zugeschnitten ist (Bild 2).
Übersteigt in einem Prüfstand das
Drehmoment den an der Sicherheitskupplung eingestellten Grenzwert, rastet die Kupplung aus und trennt Anund Abtrieb innerhalb von Sekundenbruchteilen. Nach einem Überlastfall
muss somit schlimmstenfalls die
Messwelle neu kalibriert werden,
einen teuren Schaden an Antriebsstrang oder Prüfling hingegen verhindert die Sicherheitskupplung zuverlässig (Bild 3).
Die Highspeed Sicherheitskupplungen EAS-HSC und EAS-HSE übertragen
das Drehmoment spielfrei und mit hoher Drehsteifigkeit. Sie sind kompakt,
haben eine hohe Leistungsdichte und
ein geringes Massenträgheitsmoment.
So wiegt zum Beispiel eine EAS-HSEKupplung mit einem Drehmoment
von 1000 Nm deutlich unter 10 kg. Bei
dem sehr geringen Außendurchmesser
von 125 mm lässt sie einen verhältnismäßig großen Bohrungsdurchmesser
von bis zu 60 mm für die Aufnahme
der Welle zu. Eine weitere wichtige
Grundvoraussetzung für den Einsatz einer Sicherheitskupplung in
Highspeed-Anwendungen ist zudem
eine hohe Wuchtgüte jeder Einzelkomponente, um in der Kombination
der Bauteile eine optimale Laufruhe
des Antriebsstrangs zu erreichen. Mit
steigender Drehzahl verursacht Unwucht erhebliche Fliehkräfte und
Schwingungen. Das belastet die gesamte Prüfstandkonstruktion, führt zu
unruhigem Lauf und verfälscht die
Prüfergebnisse der Messeinrichtungen. Daher stand bei der Entwicklung
der EAS-HSC- und EAS-HSE-Kupplungen die Optimierung der Massenunwucht im Vordergrund. So stellen konstruktive Maßnahmen sicher, dass die
vielen Einzelteile, aus denen die Sicherheitskupplungen bestehen, ihre
Lage innerhalb der Kupplung, auch
nach Überlast, nicht verändern. ZuKonstruktion
S2 S2-2015
Konstruktion
Kupplungen
dem werden die Kupplungen in komplett montiertem Zustand auf eine
Wuchtgüte G 2,5 bei einer Bezugsdrehzahl von 3000 min-1 gewuchtet.
Hochwertige Kupplungslagerung
Damit die vollständig montierten,
auf das erforderliche Drehmoment
eingestellten und gewuchteten Sicherheitskupplungen
die
notwendige
Wuchtgüte auch nach Integration in
die jeweilige Prüfstandsanwendung gewährleisten, ist das Fügespiel zwischen
der jeweiligen Kundenwelle und der
Kupplungsbohrung minimiert. Die
Kupplungsbohrungen sind standardmäßig in Qualität 6 ausgeführt und die
reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindung
stellt zudem eine spielfreie Drehmomentübertragung sicher.
Daneben nimmt eine hochwertige
Kupplungslagerung die externen Reaktionskräfte auf, die auf den Abtriebsflansch der Highspeed-Kupplungen
wirken. Somit haben diese Kräfte keinen Einfluss auf den Auslösemechanismus und die präzise Drehmomentbegrenzung bleibt erhalten. Darüber
hinaus ist die Kupplungslagerung so
konzipiert, dass sie extrem hohe Beschleunigungen aufnehmen kann.
Diese entstehen zum Beispiel bei einer
Blockierung des Antriebsstrangs, wenn
die Sicherheitskupplung schlagartig
ausrastet und die Antriebsseite der
Kupplung gegenüber der Abtriebsseite
extrem stark beschleunigt wird.
Kompakt und leistungsstark
Die EAS-HSC überträgt im Normalbetrieb das Drehmoment über Kugeln,
die gleichzeitig in Senkungen von Nabe und Abtriebsflansch eingreifen. Tellerfedern spannen die Kugeln über einen Ring vor. Die Höhe der Federkraft
ist proportional zum übertragbaren
Drehmoment. Dieses Prinzip bleibt
auch bei Verschleiß der Senkungen
spielfrei. mayr Antriebstechnik setzt in
Sicherheitskupplungen
Tellerfedern
mit fallender Kennlinie ein. Dadurch
wird das Drehmoment bis zum voreingestellten Auslösewert drehsteif übertragen. Im Überlastfall reduziert sich
die Vorspannkraft der Feder, die Kupplung löst sehr genau aus. Nach dem
Ausrasten sorgt ein spezieller Freischaltmechanismus dafür, dass die Kupplung
in ausgerasteter Position bleibt. Der Antriebsstrang kann frei auslaufen. Während der Nachlaufzeit entstehen dabei
keinerlei Raststöße, die sich negativ auf
Konstruktion S2-2015
Bild 2
In Sonderausführung können die EAS-HSE-Elemen-1
tekupplungen bei Drehzahlen bis zu 20.000 min
eingesetzt werden.
den Antriebsstrang, speziell auf die
Drehmomentmesseinrichtung im Prüfstand, auswirken würden. Die Konstruktion der Drehmomentübertragungseinheit ist so gestaltet, dass das
Wiedereinrasten nur an der Ausrastposition möglich ist. Die Einzelteile der
Kupplung haben also im Betrieb immer
die gleiche Winkelstellung zueinander,
die Wuchtgüte bleibt erhalten. Der
besondere Freischaltmechanismus ermöglicht ein einfaches, schnelles
Wiedereinrasten ohne großen Kraftaufwand.
Highspeed – bis zu 20 000 min-1
Bei der EAS-HSE übertragen einzelne
Überlastelemente das Drehmoment
formschlüssig. Bei Überlast rasten diese
Überlastelemente aus und trennen Anund Abtrieb nahezu restmomentfrei
mit hoher Abschalt- und Wiederholgenauigkeit. Die im System gespeicherte
Bewegungsenergie der rotierenden
Massen kann frei auslaufen. Die Elemente rasten nicht automatisch wieder
ein. Sie bleiben getrennt, bis sie manuell oder über eine Vorrichtung wieder
eingerastet werden. Die Position für die
synchrone Wiedereinrastung zur Erhaltung der Wuchtgüte ist auf der Kupplung deutlich markiert.
Die kompakten EAS-HSC-Kupplungen
decken einen Drehmomentbereich von
5 bis 1000 Nm ab, die EAS-HSE-Kupplungen auf Basis einzelner Überlastelemente haben einen Drehmomentbereich von 100 bis 8400 Nm. In der Standardausführung erreichen beide Kupplungen Drehzahlen bis 12 000 min-1, in
Sonderausführung sind bei den EASHSE-Elementekupplungen sogar bis zu
20 000 min-1 zulässig.
Bild 3
Modularer Getriebeprüfstand von teamtechnik, Dreiachsverstellung: Übersteigt in einem Prüfstand das
Drehmoment den an der Sicherheitskupplung eingestellten Grenzwert, rastet die Kupplung aus und
trennt An- und Abtrieb innerhalb von Sekundenbruchteilen: So verhindert sie einen teuren Schaden
an Antriebsstrang oder Prüfling zuverlässig.
Bild © teamtechnik Maschinen und Anlagen GmbH
Ausgleich von Wellenversatz
Neben Sicherheitskupplungen sind
Wellenausgleichskupplungen ein entscheidendes Zubehörteil in Prüfständen (Bild 4). Denn sie minimieren die
auf den Messflansch wirkenden Störgrößen. Diese Störgrößen oder sogenannte parasitäre Belastungen entstehen oftmals durch Ausrichtfehler im
Antriebsstrang. So treten in fast allen
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© Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, Düsseldorf 2015
Kupplungen
Anwendungen Versätze zwischen Anund Abtriebsseite auf. Zusammen
mit dem Messflansch kommen daher
Wellenausgleichskupplungen wie die
ROBA-DS-Lamellenpaketkupplung von
mayr Antriebstechnik zum Einsatz. Diese Kupplungen übertragen das Drehmoment spielfrei und äußerst drehsteif
und gleichen radialen, axialen und
winkligen Wellenversatz aus. Sie sorgen
damit nicht nur für präzise Messergebnisse, sondern schützen auch die im
Wellenstrang verbauten Lager vor unerwünschten Belastungen und damit vor
unnötigen Ausfallzeiten und Kosten.
Neben ihrer hohen Laufruhe und der
geringen Massenträgheit zeichnen sich
die Kupplungen durch eine hohe
Wuchtgüte aus und sind besonders
robust und unempfindlich.
Angegebene Nennmomente ohne
Einschränkung nutzbar
Die Standard-Bauformen der ROBADS-Kupplung decken dabei je nach
Baugröße einen Drehzahlbereich von
8000 bis 18 000 min-1 ab und sind auf
eine Wuchtgüte von G 2,5 (Bezugsdrehzahl 3000 min-1) gewuchtet. Bei der
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Bild 4
Die spielfreien und drehsteifen ROBA-DS-Lamellenpaketkupplung gleichen radialen, axialen und winkligen Wellenversatz aus: Sie sorgen damit nicht nur
für präzise Messergebnisse, sondern schützen auch
die im Wellenstrang verbauten Lager vor Verschleiß.
High-Speed-Bauform, bei der die Einzelteile mit sehr hoher Genauigkeit (Qualität IT5) und eingeengter Rund- und
Planlauftoleranz gefertigt werden, sind
Drehzahlen bis 30 000 min-1 zulässig.
Die Wuchtqualität der Kupplung ist
hier G 2,5 bei einer Bezugsdrehzahl von
5000 min-1.
Bei den ROBA-DS-Lamellenpaketkupplung sind die im Katalog angege-
benen Nennmomente ohne jegliche
Einschränkung nutzbar. Sie übertragen
die Drehmomente bis zum Nennmoment absolut spielfrei und mit konstant
hoher Torsionssteifigkeit. Die angegebenen Wellenversätze können in
Summe zu 100 % ausgeschöpft werden
ohne Einfluss auf das übertragbare
Drehmoment.
Konstruktion
S2 S2-2015
Konstruktion

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